CN102345258A - 高速铁路实尺轨道结构的动态特性试验台 - Google Patents

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王开云
蔡成标
刘鹏飞
高建敏
赵春发
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Abstract

一种高速铁路实尺轨道结构的动态特性试验台，其加载反力架的两立柱的内侧面上均纵向设置有横向加载梁，横向加载梁上设置有可纵向移动的前、后横向加载作动器。轨道由有路基基础的实尺的两种以上的轨道段组成，轨道段为普通有砟轨道段浮置板轨道段、CRTS II型板式无砟轨道段、CRTS II型板式无砟轨道段、CRTS I型板式无砟轨道段和CRTS I型双块式砟轨道段。该试验台能更真实的模拟不同类型轨道结构的铁路车轨运行工况，以分析车辆走行部对轨道结构的动力作用特性及轮轨动作用力传递特性，分析轨道-路基系统的耐久性，考核轨道结构的使用寿命，从而为轨道结构的研制与改进提供实验依据。

Description

高速铁路实尺轨道结构的动态特性试验台
技术领域
本发明涉及一种高速铁路实尺轨道结构的动态特性试验台。
背景技术
随着既有铁路列车的不断提速，以及高速重载铁路的快速发展，铁路轮轨系统动力学问题变得更加突出，轮轨关系更趋复杂，轮轨动态相互作用亦越来越强。铁路轨道作为列车运行的基础设备，直接承受由车轮传来的荷载，并将其传递给路基及桥隧等建筑物，因此，轨道结构的承载能力及稳定性直接影响到轮轨动态相互作用，进而影响铁路列车安全性和舒适性，因而加强对现代铁路轨道结构的研究至关重要。
鉴于此，通过建立相关的轨道结构试验装置，对轨道结构特性进行大量的试验研究，系统研究不同类型轨道结构-路基的动态特性、稳定性及长期服役性能，全面掌握现代铁路典型的几种类型轨道结构动静态应力、位移、振动及刚度等综合性能，探明轨道结构振动的传递关系，获取轨道结构部件参数，为铁路建设与设计提供重要的参数选取依据。
目前为止，铁路轨道结构试验研究所采用的试验方法主要有两种，具体是：
一、装有激振装置的转向架置于轨道上，研究特定激振下引起的轨道振动特性及荷载传递规律，但转向架不完整，缺少了许多悬挂系统，荷载传递及分布与实际有较大的差别，并且施加的荷载受限。同时轨道结构仅为有砟轨道，不能试验研究无砟轨道的动态特性，并且未考虑路基基础，不能满足重载或高速加载试验的要求。
二、不采用转向架，通过作动器直接将荷载施加在轨道结构或部件上，进行试验研究。这种试验往往只能针对特定的轨道结构部件(如钢轨或者扣件)或单一类型的轨道结构(如板式无砟轨道)进行试验，不能试验研究完整的轨道结构动态特性。此外，这类试验台所设轨道结构较短，不能较好的消除边界效应，且轨道试验台也未设置路基基础，导致实验结构也不能真实反映实际情况，无法用来研究轨道-路基系统的耐久性。
发明内容
本发明的目的是提供一种高速铁路实尺轨道结构的动态特性试验台，该试验台能更真实的模拟不同类型轨道结构的铁路车轨运行工况，能对不同类型轨道结构的强度及动力特性进行试验，以全面掌握高速铁路典型的几种类型轨道结构动静态应力、位移、刚度等综合性能，分析车辆走行部对轨道结构的动力作用特性及轮轨动作用力传递特性，分析轨道-路基系统的耐久性，考核轨道结构的使用寿命，从而为轨道结构的研制与改进提供实验依据。
本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是：一种高速铁路实尺轨道结构的动态特性试验台，包括加载反力架、轨道，其中加载反力架的立柱设于轨道的两侧、加载反力架的横梁上纵向设置有两根垂向加载梁，两根垂向加载梁分别位于轨道的左钢轨、右钢轨的正上方，两根垂向加载梁的下部均连有可纵向移动的前、后垂向加载作动器，其特征在于：
所述的加载反力架的两立柱的内侧面上均纵向设置有横向加载梁，横向加载梁上设置有可纵向移动的前、后横向加载作动器；所述的轨道由有路基基础的、实尺的两种以上的轨道段组成，所述的轨道段为普通有砟轨道段、浮置板轨道段、CRTS III型板式无砟轨道段、CRTS II型板式无砟轨道段、CRTS I型板式无砟轨道段和CRTS I型双块式砟轨道段。
本发明的试验过程是：
根据所要试验研究的轨道结构类型，将加载反力架移动到相应轨道段的位置；垂向加载作动器及横向加载作动器按试验加载方案分别沿垂向加载梁和横向加载梁纵向移动到指定位置，垂向作动器和横向作动器同时作动，对轨道系统同时实施垂向加载和横向加载。在试验过程中测试并记录垂向激扰力、横向激扰力、钢轨加速度、轨枕或轨道板振动加速度、基床振动加速度等分析指标，即得出轨道动态特性的试验数据。当垂向作动器和横向作动器施加恒力静载荷(不进行动态作动)，即可得出轨道静态特性的试验数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本试验台在试验时，可同时由左前、左后、右前、右后四个特定位置的横向作动器和垂向作动器对轨道系统施加垂向载荷和横向载荷，四个加载点的垂向和横向载荷可以独立调节，且加载范围宽、可控。较之单纯的垂向加载方式，能够更真实的模拟不同实尺车辆与轨道结构的耦合振动特性，其测试结果也更准确可靠。
二、本试验台可以对比研究普通有砟轨道和浮置板轨道段、CRTS III型板式无砟轨道段、CRTS II型板式无砟轨道段、CRTS I型板式无砟轨道段、CRTSI型双块式砟轨道段多种轨道结构部件连接件的刚度和阻尼特性，功能多样，使用范围广。能对高速铁路及地铁使用的各种轨道结构的整体刚度与阻尼特性以及轨道结构的动力特性进行试验与分析。
三、各轨道段均为有路基基础的轨道段，更好的模拟了真实的轨道状况，且各轨道段连接构成的整体轨道结构长，也能有效的消除边界效应，进一步提高了试验的准确性与可靠性。
四、在试验过程中通过更换轨道的关键零部件，可试验研究不同参数条件下的轨道整体结构动态特性及轨道-路基系统的耐久性。
上述的轨道上设置有试验用转向架。
试验时，将每个垂向加载梁的一个垂向加载作动器(两个垂向加载梁则共有两个垂向加载作动器)纵向移动至转向架摇枕端部的正上方；两个垂向加载作动器通过摇枕两端部及转向架向轨道系统施加载荷，从而模拟车辆通过转向架向轨道系统施加载荷的实际工况。
这种试验方式与车辆悬挂及运行的实际情况更加接近，从而其试验结果更加真实可靠。
上述的普通有砟轨道段的路基基础由基床表层、基床底层和地基组成。
上述的CRTS III型板式无砟轨道段、CRTS II型板式无砟轨道段、CRTS I型板式无砟轨道段和CRTS I型双块式砟轨道段的路基基础由基床表层和基床表层组成。
这样，试验时的轨道及其路基基础与真实的轨道结构及其基础相同，在试验时可以既测试轨道结构的动力学特性也测试轨下基础的动力学特性，从而可以分析荷载从轮轨界面-轨道结构内部-路基的传递规律；以试验与分析出轨道-路基系统的耐久性及长期服役性能，并能更真实的再现轨道结构失效(扣件松动失效、道床下沉、胶垫老化等)的特征，为有砟及无砟铁路轨道养护维修提供更加可靠有效的指导。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例的主视图结构示意图。
图2为本发明实施例的附视图结构示意图。
图3为本发明实施例的左视图结构示意图。
图4为本发明实施例的右视图结构示意图。
具体实施方式
实施例。
图1～4示出，本发明的一种具体实施方式是：一种高速铁路实尺轨道结构的动态特性试验台，包括加载反力架1、轨道6，其中加载反力架1的立柱1a设于轨道6的两侧、加载反力架1的横梁1b上纵向设置有两根垂向加载梁3，两根垂向加载梁3分别位于轨道6的左钢轨13、右钢轨14的正上方，两根垂向加载梁3的下部均连有可纵向移动的前、后垂向加载作动器4。所述的加载反力架1的两立柱1a的内侧面上均纵向设置有横向加载梁5，横向加载梁5上设置有可纵向移动的前、后横向加载作动器12；所述的轨道6由有路基基础的、实尺(即与实际轨道结构尺寸规格完全相同)的两种以上的轨道段组成，所述的轨道段为普通有砟轨道段601、浮置板轨道段602、CRTS(中国铁路轨道系统) III型板式无砟轨道段603、CRTS II型板式无砟轨道段604、CRTS I型板式无砟轨道段605和CRTS I型双块式砟轨道段605。
图1、图3和图4示出，轨道6上设置有试验用转向架2。
图1还示出，普通有砟轨道段601的路基基础由基床表层7、基床底层8和地基9组成。
图1还示出，CRTS III型板式无砟轨道段603、CRTS II型板式无砟轨道段604、CRTS I型板式无砟轨道段605和CRTS I型双块式砟轨道段605的路基基础由基床表层10和基床表层11组成。

Claims (4)

1.一种高速铁路实尺轨道结构的动态特性试验台，包括加载反力架(1)、轨道(6)，其中加载反力架(1)的立柱(1a)设于轨道(6)的两侧、加载反力架(1)的横梁(1b)上纵向设置有两根垂向加载梁(3)，两根垂向加载梁(3)分别位于轨道(6)的左钢轨(13)、右钢轨(14)的正上方，两根垂向加载梁(3)的下部均连有可纵向移动的前、后垂向加载作动器(4)，其特征在于：
所述的加载反力架(1)的两立柱(1a)的内侧面上均纵向设置有横向加载梁(5)，横向加载梁(5)上设置有可纵向移动的前、后横向加载作动器(12)；所述的轨道(6)由有路基基础的、实尺的两种以上的轨道段组成，所述的轨道段为普通有砟轨道段(601)、浮置板轨道段(602)、CRTS III型板式无砟轨道段(603)、CRTS II型板式无砟轨道段(604)、CRTS I型板式无砟轨道段(605)和CRTS I型双块式砟轨道段(605)。
2.根据权利要求1所述的一种高速铁路实尺轨道结构的动态特性试验台，其特征在于：所述的轨道(6)上设置有试验用转向架(2)。
3.根据权利要求1所述的一种高速铁路实尺轨道结构的动态特性试验台，其特征在于：所述的普通有砟轨道段(601)的路基基础由基床表层(7)、基床底层(8)和地基(9)组成。
4.根据权利要求1所述的一种高速铁路实尺轨道结构的动态特性试验台，其特征在于：所述的CRTS III型板式无砟轨道段(603)、CRTS II型板式无砟轨道段(604)、CRTS I型板式无砟轨道段(605)和CRTS I型双块式砟轨道段(605)的路基基础由基床表层(10)和基床表层(11)组成。
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